致密砂巖氣藏脈沖纖維加砂壓裂工藝參數(shù)優(yōu)化

蘇國輝， 高 偉， 李 達(dá)， 趙倩云

(長慶油田分公司油氣工藝研究院)

一、技術(shù)原理及增產(chǎn)機(jī)理

1.技術(shù)原理

采用特殊的混砂設(shè)備把純液體和伴有纖維的攜砂液以一定的脈沖間隔交替注入目的層。由于純液體的隔離，使支撐劑團(tuán)塊間留有一定空間真空帶，將傳統(tǒng)的連續(xù)均勻鋪置變?yōu)榉蔷鶆虻牟贿B續(xù)鋪置，打破常規(guī)壓裂依靠支撐劑導(dǎo)流能力增產(chǎn)的理念。該技術(shù)形成的人工裂縫不是由連續(xù)的支撐劑進(jìn)行支撐，而是由眾多支撐劑團(tuán)塊形成的柱狀體進(jìn)行支撐，砂柱間形成暢通的無限導(dǎo)流能力通道，通道之間相互連通形成立體網(wǎng)絡(luò)體系，從而達(dá)到提高油氣滲流能力目的[1-7]。

2.增產(chǎn)機(jī)理

(1)脈沖纖維攜砂壓裂技術(shù)通過伴注纖維材料，利用纖維輔助運(yùn)移，在橫向上增大支撐劑運(yùn)移距離，提高裂縫有效支撐長度；縱向上降低支撐劑沉降速率，改善沉砂剖面，提高了支撐劑在目的層段充填率[8]。

(2)支撐劑非連續(xù)鋪置提高了裂縫導(dǎo)流能力，改善了儲層滲流條件。應(yīng)用導(dǎo)流儀模擬支撐劑非連續(xù)鋪置，驗(yàn)證非連續(xù)鋪置對裂縫導(dǎo)流能力的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，相同壓力條件下，采用相同粒徑支撐劑非連續(xù)鋪置滲透率是傳統(tǒng)連續(xù)鋪置滲透率的1.5～2.5倍數(shù)量級，非連續(xù)鋪置形成的裂縫導(dǎo)流能力明顯提高。

二、纖維與壓裂液優(yōu)選及性能評價

1.纖維優(yōu)選及懸砂性能評價

纖維材料的性能及成本是脈沖纖維加砂壓裂工藝成功推廣的關(guān)鍵原因。合格的纖維壓裂液應(yīng)具有一定強(qiáng)度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加砂粒下沉的阻力；同時纖維對支撐劑有 “約束”和“包裹”作用，增強(qiáng)砂柱的穩(wěn)定性，利于縫內(nèi)通道保持長期高導(dǎo)流能力[9]。

通過支撐劑的坍塌試驗(yàn)，對不同直徑與長度顆粒的纖維溶液性能進(jìn)行比對，優(yōu)選結(jié)果顯示直徑10 μm、長度8～10 mm的纖維溶液抗坍塌能力最強(qiáng)，性能參數(shù)略優(yōu)于斯倫貝謝的纖維壓裂液。室內(nèi)試驗(yàn)表明其熔斷溫度小于95℃，24 h降解率為50%，48 h降解率為75%，完全滿足蘇東氣藏施工條件。通過大型可視化平板試驗(yàn)，支撐劑水平運(yùn)移距離與纖維濃度呈正相關(guān)(圖1)，支撐劑沉降速率與纖維濃度呈負(fù)相關(guān)(圖2)。

2.壓裂液體系優(yōu)選

為了提高纖維壓裂液體的攜砂能力，降低施工摩阻，減少對儲層傷害，提高返排率，室內(nèi)優(yōu)選出了與纖維相配伍的EM50表活性劑，室內(nèi)試驗(yàn)表明：在EM50壓裂液中的纖維降解幅度明顯大于在清水中的降解幅度，在90℃條件下，纖維置于其中4 h后變細(xì)、變短，逐步降解。經(jīng)現(xiàn)場多次試驗(yàn)改進(jìn)形成了EM50壓裂液體系，該體系具體指標(biāo)如表1。

圖1 纖維濃度對水平運(yùn)移距離的影響

圖2 纖維濃度與支撐劑沉降速度關(guān)系圖

項(xiàng) 目EM50EM30(國內(nèi))貝克休斯SmartCareTM可回收壓裂液體系(國外)減阻率>60%>60%>60%表面張力/(mN·m-1)23．28<25<25回收方式簡單過濾簡單過濾混凝沉降+過濾殺菌回收利用次數(shù)/次12106巖心傷害率11．5%15%<20%攜砂性能/(kg·m-3)620350700成本/(元·m-3)≤200≤210≤780

三、施工參數(shù)優(yōu)化

1.射孔方式優(yōu)化

為了便于支撐劑團(tuán)塊在壓裂縫高方向上的有效分割、縫內(nèi)延伸方向均勻獨(dú)立分布，確保動用優(yōu)質(zhì)砂體，脈沖式纖維加砂工藝采用“等簇等間距” 的多簇射孔方式完井。多簇射孔的目的是在套管上形成多段且較短的進(jìn)液口，當(dāng)壓裂管柱中的液體高速注入時，在套管上自然的出現(xiàn)分流形成多股獨(dú)立的液流注入地層，該方式有利于支撐劑團(tuán)塊在經(jīng)過射孔孔眼后仍保持較好的設(shè)計(jì)形態(tài)，將地面較大的支撐劑段塞分成地層中較小的支撐劑團(tuán)塊，便于支撐劑在縫內(nèi)形成分布更加均勻獨(dú)立，確保裂縫到井筒之間的通道具有最佳的導(dǎo)流能力。

根據(jù)蘇東氣層的特點(diǎn)、巖石力學(xué)參數(shù)，通過用GOHFER壓裂軟件模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)，可按照有效厚度確定確定最優(yōu)射孔簇距為0.5～2.0 m，簇長為0.5～1.0 m。

2. 纖維加入量優(yōu)化

數(shù)值模擬對比相同條件下不同纖維加量對支撐劑沉降高度及砂團(tuán)穩(wěn)定性的影響。從圖3可以看出，當(dāng)纖維加注濃度逐漸降低時支撐劑沉降高度隨時間逐漸增大，當(dāng)纖維加注量高于4‰時支撐劑沉降高度隨時間變化趨緩。因此考慮優(yōu)選纖維濃度為4‰。

圖3 不同纖維濃度下支撐劑沉降高度

3.脈沖時間間隔優(yōu)化

脈沖時間間隔直接影響支撐劑在裂縫中的鋪置狀態(tài)。GOHFER壓裂軟件模擬了不同脈沖時間間隔下支撐劑的分布特征。當(dāng)脈沖間隔為5 s時，支撐劑在裂縫中出現(xiàn)非連續(xù)支撐，但鋪置濃度低，僅形成部分高導(dǎo)流網(wǎng)絡(luò)通道；當(dāng)脈沖間隔時間為10 s時，支撐劑在裂縫中呈現(xiàn)大范圍的非連續(xù)鋪置，鋪置濃度高，出現(xiàn)大范圍的高導(dǎo)流網(wǎng)絡(luò)通道；當(dāng)脈沖間隔時間為15 s時，支撐劑在裂縫中非連續(xù)鋪置過大，部分砂柱之間開始出現(xiàn)無效支撐；當(dāng)脈沖間隔為30 s時，裂縫出現(xiàn)大范圍無效支撐。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，若脈沖時間過長，砂柱之間的距離將超過其臨界距離(數(shù)模測定臨界距離為3 mm)，在水平地應(yīng)力的作用下裂縫將會閉合。結(jié)合纖維混砂車實(shí)際性能，優(yōu)選脈沖間隔時間范圍在10～12 s為佳。

四、現(xiàn)場試驗(yàn)效果

截至目前蘇里格氣田東區(qū)推廣應(yīng)用脈沖纖維攜砂壓裂工藝18口井計(jì)44層，壓裂改造后單井平均無阻流量14×104m3/d。

為避免地層的非均質(zhì)性影響試驗(yàn)井和鄰井產(chǎn)量對比，將各井的無阻流量做歸一化處理，采用脈沖纖維攜砂壓裂工藝改造后平均無阻流量為16×104m3/d，而對比井平均無阻流量為12.4×104m3/d，試驗(yàn)井較對比井增幅22.5%，見圖4。

圖4 脈沖纖維加砂試驗(yàn)井與對比井改造效果對比圖

蘇東XX井組為例描述改造后投產(chǎn)情況，該井組改造后于2013年12月投產(chǎn)，初期平均日產(chǎn)氣2.6×104m3，對比井初期平均日產(chǎn)氣1.6×104m3；12個月累產(chǎn)653×104m3，同期對比井累產(chǎn)400×104m3；截止目前試驗(yàn)井累產(chǎn)1 391×104m3，同期對比井累產(chǎn)1 106×104m3，試驗(yàn)井累產(chǎn)氣量較對比井增產(chǎn)20%(見圖5)。

圖5 蘇東XX井組與對比井投產(chǎn)效果對比圖

五、結(jié)論與認(rèn)識

(1)優(yōu)選了一種顆粒直徑10 μm、長度8～10 mm的纖維材料，其性能略優(yōu)于進(jìn)口的同類產(chǎn)品，并基于此優(yōu)選出了適合蘇東地區(qū)的EM50壓裂液體系。

(2)室內(nèi)工程和數(shù)值模擬，蘇里格氣田東區(qū)脈沖纖維加砂壓裂工藝優(yōu)化參數(shù)采用“等簇等間距”射孔方式，簇距為0.5～2.0 m，簇長為0.5～1.0 m，纖維加注濃度4‰，脈沖時間間隔10～12 s。

(3)蘇里格氣田東區(qū)礦場試驗(yàn)表明脈沖纖維加砂壓裂較常規(guī)加砂壓裂后初期產(chǎn)量和累積產(chǎn)量優(yōu)勢明顯，18口井無阻流量平均增幅22.5%，蘇東X井組36個月累積產(chǎn)量增幅20%。

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